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6,7—二氢—5H—环戊烷并[b]吡啶是合成第四代头孢类抗生素新药头孢匹罗(Cefpirome)的重要中间体。它具有抗溃疡、抗癌等重要生理活性。但是目前其合成工艺还不太完善,需要在高温、高压条件下才能发生反应,反应步骤较多,产率不高,并且在合成中都用到了大量的传统挥发性有机溶剂,极易对环境造成危害。离子液体作为一种新型的绿色溶剂,通常是由有机阳离子和无机阴离子组成的,在室温或室温附近呈液态的物质,并且是完全的离子状态,由于这些独特的物理化学性质,离子液体已经得到广泛的关注。
鉴于6,7—二氢—5H—环戊烷并[b]吡啶传统合成方法中存在的缺陷,为减少环境污染,我们拟采用这种新型的绿色溶剂——离子液体作为溶剂或催化剂,在以丙炔胺和环戊酮为原料的“一锅缩合法”中代替传统的溶剂和催化剂,实现6,7—二氢—5H—环戊烷并[b]吡啶的绿色合成。
制备了两类功能化离子液体,其中一类为具有酰肼结构片断的功能化离子液体,通过正交试验,对酰胼功能化离子液体反应条件进行了优化。合成了氯乙酰肼类化合物;确定了季铵盐的合成反应条件:氯乙酰—N,N—二甲基肼和烷基咪唑的反应摩尔比为1:1,反应溶剂为甲苯,反应时间12 h:合成酰肼功能化离子液体较佳的反应条件:季铵盐和四氟硼酸钠的反应摩尔比为1:1.1,反应溶剂为丙酮,反应时间24 h。通过红外光谱和核磁共振对酰肼功能化离子液体的结构进行了表征。
另一类为氯化铁功能化离子液体,该功能化离子液体的合成包括两步。其中第一步反应为经典的有机合成反应,合成条件已经成熟。对制备离子液体的第二步反应通过单因素实验对其合成条件进行了优化,确定了较佳的反应条件:反应溶剂为正己烷,反应温度为正己烷回流温度,反应时间为4.0 h,通过红外光谱对其结构进行了表征,通过热重分析表明该功能化离子液体在一定温度内具有较好的热稳定性(<200℃)。氯化铁功能化离子液体在反应过程中既作为Lewis酸,又起到了过渡金属的作用。
用离子液体代替有机溶剂,对6,7—二氢—5H—环戊烷并[b]吡啶合成进行了研究。通过单因素实验,确定了合适的反应条件:反应溶剂和催化剂分别为酰肼离子液体和氯化铁功能化离子液体BMImCl—FeCl3,催化剂用量10%,环戊酮和丙炔胺的反应摩尔比为1:1.5,反应温度60℃,反应时间为3.0 h,反应收率达68%。通过与传统合成方法对比表明,在离子液体中合成6,7—二氢—5H—环戊烷并[b]吡啶具有反应时间短、反应的选择性、收率高,后处理不需要消耗大量的酸和碱,载于离子液体上的催化剂可以循环使用等优点。我们下一步努力的方向将进一步研究在离子液体中合成2,3—环戊烯并吡啶的放大实验。